Указания к составлению отчета

5.1 Указать номер варианта, для которого проводились исследования.

  5.2 Привести схемы исследуемых функциональных узлов, таблицы с результатами измерений и осциллограммы напряжений, в соответствии с заданием каждого пункта работы.

  5.3 Привести сравнение результатов экспериментальных исследований с расчетными.

  5.4 Сделать выводы по каждому пункту работы.

Приложение А

 Таблица А.1- Параметры ОУ.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
Тип ОУ	К140 УД2	К140 УД6	К140 УД7	К140 УД8	К140 УД9	К153 УД1	К153 УД2	К153 УД3
КU, тыс	35	30	30	50	30	15	25	25
RВХ, Ом	0,3	1	0,4	10	0,3	0,2	0,3	0,4
RВЫХ, м	100	150	200	200	150	200	300	200
f1, МГц	1	1	0,8	1	1	1	1	1

 

Вариант	9	10	11	12	13	14	15	16
Тип ОУ	К153 УД4	К153 УД5	К153 УД6	К544 УД1	К551 УД2	К553 УД1	К553 УД2	К553 УД3
КU, тыс	5	125	50	20	5	15	20	30
RВХ, Ом	0,2	1	0,3	10	0,5	0,5	0,3	0,3
RВЫХ, м	1000	150	200	200	150	150	300	300
f1, МГц	0,7	0,3	0,7	1	0,8	1	1	1

 

Лабораторная работа № 7

Исследование работы биполярного транзистора в режиме ключа

Цель работы

Исследовать работу биполярного транзистора в режиме электронного ключа и переходные процессы при переключении.

 

Подготовка к работе

     2.1 Изучить следующие вопросы курса.

2.1.1 Схемы и принцип действия транзисторных ключей на БТ.

2.1.2 Особенности работы биполярного транзистора в ключевом режиме.

2.1.3 Стационарное состояние транзисторного ключа (разомкнутое и замкнутое) и соответствующие им режимы работы БТ.

2.1.4 Переходные процессы в БТ при переключении. Параметры переключения.

2.1.5 Переходные процессы при работе ключа на реактивную нагрузку.

 

    2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы.

2.2.1 Дать определение режимов работы БТ: активного, отсечки, насыщения и инверсного.

2.2.2 Нарисовать схемы электронных ключей на БТ (варианты: с ОБ, ОЭ, транзисторы p - n - p и n - p - n) и пояснить их работу.

2.2.3 Что такое степень или глубина насыщения в БТ?

2.2.4 Что такое остаточное напряжение и от чего зависит его величина?

2.2.5 Привести характеристики передачи электронных ключей на БТ, объяснить их вид.

2.2.6 Какие физические процессы определяют время включения и выключения электронного ключа на БТ?

2.2.7 Нарисовать распределение концентрации неосновных неравновес- ных носителей в базе БТ на различных стадиях процесса переключения.

2.2.8 Как зависит время включения и время выключения от глубины насыщения в БТ и запирающего напряжения?

2.2.9 Как влияют емкость и индуктивность нагрузки на переключение БТ?

2.2.10 Как улучшить быстродействие электронных ключей на БТ?

Литература

1 Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 82-86.

    2 Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д. -М: Радио и связь, 1998. Стр. 118-125.

    3 Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр. 191-197, 231-233.

    4 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. -М: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, с. 282-303.

 

5 Савиных В.Л. Конспект лекций. Электронная версия. СибГУТИ. 2009

      

Задание к работе в лаборатории

    4.1 Собрать схему для снятия характеристики прямой передачи (рисунок 1).

Рисунок 1- Схема для снятия характеристики прямой передачи

 

 Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения G2. Ток на входе задается источником тока G1. Для измерения тока коллектора используется миллиамперметр РА1. Вольтметр PV1 измеряет напряжение на коллекторе транзистора.

  4.2 Установить тип транзистора согласно варианта, заданного преподавателем (варианты даны в приложении А).

  4.3 Включить схему (тумблер ²0², ²1² в правом верхнем углу экрана). Снять одновременно характеристику прямой передачи I_К=f(I_Б) и зависимость напряжения на коллекторе от тока базы U_КЭ=f(I_Б). Ток базы следует изменять от 0 до значения равного 2·I_{Б НАС}. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

IБ, мА
IК, мА
UКЭ, В
IБ НАС =					UКЭ ОСТ=

4.4 По снятым зависимостям определить и записать минимальный ток базы

I_{Б НАС}, при котором транзистор входит в режим насыщения, и величину U_{КЭ ОСТ}.

4.5 Исследовать схему транзисторного ключа (рисунок 2). Ёмкость С не подключать. Питание схемы осуществляется от источника G3. Во входную цепь подается положительный импульс напряжения прямоугольной формы от генератора импульсов G1 и напряжение смещения от источника G2. Резистор R_Б ограничивает ток базы при подаче импульсного напряжения. С помощью осциллографа наблюдается форма импульсов напряжения на входе и выходе, а также производится измерение их параметров.

  4.6 Подвести курсор на генератор G1, щелкнуть два раза левой клавишей мыши, появиться окно с параметрами сигнала генератора. Установить частоту генератора 1 МГц, коэффициент заполнения импульсов (Duty cycle) 20%, амплитуду импульсов 0 В. Напряжение смещения источника G2 U_СМ= 0 В.

 

Рисунок 2 Схема транзисторного ключа

 

   4.7 Изменяя амплитуду импульса на входе, с помощью осциллографа определить напряжение амплитуды входного импульса, при котором прекращается рост амплитуды на выходе (рисунок 3, кривая n=1). Измерения проводятся следующим образом: подвести курсор на осциллограф, нажать левую клавишу мыши два раза, если появится экран осциллографа без сетки (малый размер), то нажать левой клавишей мыши на надпись Expend. Установить время развертки Time base 0,05 mс/div. Масштаб по оси У канала А 5 V/Div, смещение Y position (+1,4 ¸ 1,8), по каналу В - масштаб 5 V/Div, смещение –2.00. Измерения осциллографом проводятся с сохранением постоянной составляющей сигнала (нажать кнопки DC).

 

Рисунок 3 – Осциллограммы сигналов

 

По известному сопротивлению R_Б=10 кОм найти амплитуду входного тока I_{Б НАС}=(U_{ВХ НАС} - U_БЭ)/R_Б = (U_{ВХ НАС} - 0,7)/R_Б. Сравнить с током I_{Б НАС}, полученным в п. 4.4. Это входного напряжение будет соответствовать глубине насыщения n=1.

   4.8 Зарисовать в одном масштабе времени осциллограммы входного напряжения U_ВХ(t) и выходные напряжения U_ВЫХ(t) при n=0,5; 1; 2; 4, где глубина насыщения n» U_ВХ/ U_{ВХ НАС} при U_СМ=0 (рисунок 3). Измерить осциллографом временные параметры выходного импульса: t_З-время задержки, t_Ф-длительность фронта, t_Р-время рассасывания, t_С-время спада. Для этого установить красную линию с меткой 1 на начало интервала измерения, а синию с меткой 2 - на конец интервала измерения (рисунок 4). В правом окне отображается интервал измерения Т2-Т1. Результаты измерений занести в таблицу 2.

  4.9 Исследовать временные параметры выходного импульса в зависимости от запирающего напряжения. Зарисовать осциллограммы входного напряжения U_ВХ(t) и выходные напряжения U_ВЫХ(t) при различных значениях запирающего напряжения U_СМ при n=2. Рисунок выполнить аналогично рисунку 3. Запирающее напряжение изменять на генераторе G2 от 0 до – 4 В. Результаты занести в таблицу 3.

Рисунок 4 – К определению параметров импульса

 

Таблица 2.                                                      Таблица 3

	0,5	1	2	3	4	С		UСМ, В	0	-1	-2	-3	-4
UВХ , В								tЗ, нс
tЗ, нс								tФ,нс
tФ, нс								tР,нс
tР, нс								tС,нс
tС, нс

4.10 Исследовать работу ключа на ёмкостную нагрузку. Для этого:

- между коллектором транзистора и общим проводом подключить ёмкость

100 pF (рисунок 2);

- установить амплитуду входного импульса соответствующее n=2, запирающее напряжение 0 В, и измерить временные параметры выходного импульса. Результаты записать в таблицу 2. Сравнить с п. 4.8.

    4.11 Исследовать работу ключа на индуктивную нагрузку. Для этого:

- отключить ёмкость С, между коллектором БТ и резистором R_К последовательно включить индуктивность L=10 мГн, установить частоту генератора 100 кГц, амплитуду входного импульса соответствующую n=2, запирающее напряжение 0 В, время развертки осциллографа 1mс/div, масштаб канала В - 50 V/div

- исследовать осциллограммы напряжения на коллекторе U_КЭ, определить амплитуду импульса U_КЭ, возникающего в результате запирания транзистора. Зарисовать осциллограммы.

 

    5 Указания к составлению отчета

   5.1 Привести схемы исследования, таблицы с результатами измерений, осциллограммы.

   5.2 На графике 1 построить характеристику передачи и зависимость напряжения на коллекторе от тока базы.

   5.3 По кривым графика 1 определить статический коэффициент передачи тока базы, I_{Б НАС}, остаточное напряжение на транзисторе в точке насыщения.

   5.4 На графиках 2 и 3 построить зависимость временных параметров от прямого тока базы и запирающего напряжения.

   5.5 Проанализировать и объяснить все полученные зависимости и осциллограммы. 

    

     Приложение А

Таблица А.1- Варианты заданий

№ Вар	1	2	3	4	5
Тип БТ	KT 315B	KT 315D	KT 315E	KT 315G	KT 315I
№ Вар	6	7	8	9	10
Тип БТ	KT 315V	KT 315Z	KT316A	KT316B	KT316D
№ Вар	11	12	13	14	15
Тип БТ	KT316G	KT316V	KT355A	KT368A	KT368B

 

 

Лабораторная работа № 8